从理论和实验两方面研究了球面波入射二维光栅的泰伯效应。首先，分析球面波入射光栅后，菲涅耳衍射区光场的复振幅分布；其次，讨论了泰伯像及分数泰伯像的成像条件，得出成像位置及成像周期由光源至光栅的距离、光栅至观察面的距离共同决定，并且球面波入射光栅的泰伯距离等于其周期放大率与平面波入射光栅泰伯距离的乘积。实验结果与理论结果相符合，在特定位置处可观察到清晰的泰伯像及分数泰伯像。改变光源平面与光栅的距离，泰伯像按特定规律发生变化。由于光栅周期小于两倍孔径边长、球面波自身发散特性，分数泰伯像中出现像元交叠现象，按交叠程度可将交叠图像分为两种分数泰伯像，即点状离散分布及棋盘分布。本文研究可促进泰伯效应在光学测量及阵列照明等方面的应用。
衍射 二维光栅 泰伯效应 菲涅耳衍射 球面波 像元交叠 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1105002
提出了一种利用方形孔径微透镜阵列和微图形阵列产生的二维叠栅条纹测量微小角度的方法。分析了不同尺寸阵列产生的二维叠栅条纹的节距变化规律,推导了微小旋转角度的表达式,对叠栅条纹的节距与阵列夹角之间的关系进行了理论分析与实验测量。研究结果表明,当微图形阵列的窗口边长小于微透镜阵列的透镜元宽度时,叠栅条纹的节距变化较平缓,且对微图形与微透镜阵列间的夹角θ的变化较敏感,这有利于提高测量结果的准确性;当微图形阵列的窗口边长为0.3 mm,微透镜阵列的透镜元宽度为0.4 mm时,节距与夹角θ间关系的实验结果与理论结果总体一致。
光栅 微小角度测量 方形孔径微透镜阵列 叠栅条纹 节距
研究了方形孔径平面微透镜阵列和微图形阵列的叠栅条纹的傅里叶原理。方形孔径平面微透镜阵列可视为正交的二维栅格线簇, 以一维光栅叠栅条纹的傅里叶变换原理为基础, 推导了方形孔径平面微透镜阵列二维叠栅条纹的傅里叶变换解析式, 对低频(1, -1)级叠栅条纹进行详细讨论。同时对不同夹角下叠栅条纹的周期和同步性进行重点研究, 并采用不同结构参数的二维栅格模板与微图形阵列进行实验,结果表明：实验值和理论值相吻合, 研究结果为方形孔径平面微透镜阵列的应用与研究提供了理论基础。
光学器件 方形孔径平面微透镜阵列 叠栅条纹 傅里叶变换原理 同步性 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 092302
从理论和实验两方面讨论了方形孔径微透镜阵列的泰伯效应，利用传递函数法分析了该阵列的菲涅耳衍射区的光场复振幅分布，讨论了泰伯像成像的条件。实验中，在特定位置处可观察到三种交替出现的清晰成像，实验测得的成像距离与理论值吻合。选用不同参数的方形孔径微透镜阵列，泰伯子像成像规律总体不变，当中心距大于孔径边长且小于两倍孔径边长时泰伯子像像元间出现交叠现象。方形孔径微透镜阵列在分数泰伯平面可观察到清晰的呈棋盘状分布的泰伯子像，这将拓展微透镜阵列的实际应用。
光学器件 微透镜阵列 泰伯效应 菲涅耳衍射 泰伯子像
基于方形孔径平面微透镜阵列对匹配微图形的叠栅显示效应，对其叠栅显示效应进行了理论和实验研究。以一维光栅叠栅条纹理论为基础，建立叠栅条纹的二维模型，模拟了二维叠栅条纹的形成过程，分析了二维叠栅条纹的节距和放大倍率的变化规律，并进行实验研究。通过比较可知，二维叠栅条纹的节距和放大倍率的变化规律实验与理论结果一致性很好，研究结果具有重要的理论意义和实践价值。
光学器件 方形孔径平面微透镜阵列 二维叠栅条纹 节距 放大倍率 光学学报
2014, 34(s2): s223002
西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715
为提高变折射率平面微透镜阵列的填充率, 利用光刻工艺和离子交换技术制备了填充率近达100%的方形孔径平面微透镜阵列, 并对其透镜元及相邻透元间间隙构成的角落区域的成像进行了理论和实验研究.根据变折射率介质光线追迹法, 利用MATLAB软件模拟, 发现在透镜元区域和角落区域成像特性相反.成像系统测试表明: 由于透镜元区域和角落区域的折射率分布变化规律不同, 透镜元与角落区域对物体分别成倒立实像和正立虚像；透镜阵列可实现聚焦和散焦功能；角落区域得到充分的离子交换使得间隙足够小, 形成了从该区域中心向外逐渐增大的新型梯度折射率模型.
变折射率光学 散焦特性 光线轨迹 平面微透镜阵列 填充率 方形孔径 Gradient refractive index optics Defocusing Ray track Planar microlens array Fill factor Square aperture
1 重庆师范大学 初等教育学院,重庆 400700
2 西南大学 光电技术研究所,重庆 400715
采用离子交换法对圆柱形Tl玻璃丝进行离子交换,在此基础上将其加工成方形自聚焦透镜样品。再用雅明干涉法和正方形网格图分别对样品的折射率分布和畸变进行测试,并就测试结果与有关文献进行比较。结果表明,按本方案研制而成的方形自聚焦透镜样品,像差相对较小,像质较好,成像较清晰,但存在折射率最大值偏离几何中心轴的情况,而有关文献所采用的方案却不存在这样的现象。研究结果对方形自聚焦透镜的研制有一定的参考价值和指导意义。
光学制造 方形自聚焦透镜 研制方案 折射率分布 成像质量
1 重庆师范大学 初等教育学院，重庆 400700
2 西南大学 物理学院，重庆 400715
采用离子交换工艺和精密加工技术制作了方形自聚焦透镜5×5阵列，并对其成像特性进行研究。结果表明：方形自聚焦透镜阵列相对于圆形孔径阵列而言，能有效增大填充系数，提高受光面积，其多重像和综合像的像质均匀，成像质量好。分析了导致多重像偏离和综合像变形的原因，并给出解决这一问题的关键技术。
方形自聚焦透镜阵列 成像特性 多重像 综合像 square GRIN lens array imaging property replicated image synthetic image
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
采用一种特殊的二次光栅用于激光波前测量, 它对非零级衍射光束具有不同的聚焦效应, 其光栅线为圆弧型而非直线。导出了在会聚光束情况下的两平面成像在单一像平面上的距离关系, 实验上实现了二次光栅用于会聚光束的波前测量, 测量得到会聚光束具有较大的散焦(-2.93λ)和球差(1.34λ), 与该透镜引起波前的离焦像差理论理想值(-2.695λ)基本符合。该技术可以实现波前的高空间分辨力和高精度实时测量, 大大减少光学元件数量, 降低装置成本。由于大功率激光束的不稳定性, 其波前变化非常快, 所以该方法的实时性非常适合于这种波前变化的测量。
衍射与光栅 二次光栅 波前测量 泽尼克系数
